本文關(guān)鍵詞：特厚矩型坯結(jié)晶器流場與溫度場模擬及錐度計算

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【摘要】：結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心部件,其錐度合理與否對鑄坯質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。合理的錐度有助于連鑄拉速的提高,防止拉漏的產(chǎn)生,提升鑄坯質(zhì)量以及延長結(jié)晶器使用壽命。國內(nèi)特大斷面的矩型坯錐度研究很少,設(shè)計研究方法還在探索當(dāng)中,因此對特厚矩型坯錐度研究是很有必要的。本文就尺寸為1500mm×750mm的特厚矩型坯錐度進(jìn)行研究,主要是利用數(shù)值模擬方法,通過有限元軟件FLUENT與ANSYS的相關(guān)結(jié)合,對所研究的坯形進(jìn)行流固耦合與熱力耦合模擬,最終得出結(jié)晶器錐度分布,期望能為以后對特厚矩型坯結(jié)晶器相關(guān)技術(shù)的研究提供一定的理論參考。首先建立三維鑄坯1/4模型,利用FLUENT有限元軟件模擬鑄坯的流場,為下一步流固耦合模擬分析作參考。其次利用建立的三維1/4模型,利用FLUENT有限元軟件對鑄坯進(jìn)行流固耦合模擬,分析鑄坯的流場對溫度場和凝固的影響,得出在不同拉速的溫度場和凝固,為鑄坯熱力耦合模擬提供合理的溫度場條件。最后通過有限元ANSYS建立鑄坯的三維1/4模型,導(dǎo)入利用軟件FLUENT模擬所得三維鑄坯溫度場進(jìn)行熱力耦合模擬,得出鑄坯的收縮曲線,通過曲線分析得出該坯形的結(jié)晶器內(nèi)腔錐度為多錐度拋物線形式,利用模擬的結(jié)果得出1500mm×750mm矩型坯的寬窄面中心參考設(shè)計錐度,發(fā)現(xiàn)坯殼表面中心上部收縮曲線有上下起伏,并且寬面收縮曲線上下起伏段更長。
【關(guān)鍵詞】：特厚矩型坯 結(jié)晶器 錐度 流固耦合 凝固收縮
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG233.6
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 結(jié)晶器概述11
• 1.2 結(jié)晶器的內(nèi)腔形狀（錐度）11-15
• 1.2.1 設(shè)置結(jié)晶器錐度的原因11-13
• 1.2.2 結(jié)晶器錐度種類13-15
• 1.3 連鑄過程的模擬方法15-16
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4.1 流場與溫度場研究現(xiàn)狀16
• 1.4.2 結(jié)晶器錐度的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5 本文研究的內(nèi)容及意義17-19
• 1.5.1 研究對象17
• 1.5.2 研究過程17-18
• 1.5.3 研究的意義18-19
• 第2章 結(jié)晶器的傳熱機(jī)理與數(shù)學(xué)模型的建立19-35
• 2.1 鋼液的凝固傳熱過程19-24
• 2.1.1 結(jié)晶器內(nèi)鋼液的傳熱過程19
• 2.1.2 結(jié)晶器熱量傳遞過程19-24
• 2.1.3 結(jié)晶器內(nèi)部鋼液冷卻收縮24
• 2.2 結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固傳熱的數(shù)學(xué)模型24-26
• 2.2.1 建立鋼液凝固傳熱模型的主要方法24-25
• 2.2.2 采用的主要凝固傳熱模型25-26
• 2.3 連鑄結(jié)晶器基本參數(shù)確定26-30
• 2.3.1 結(jié)晶器內(nèi)鋼水凝固熱量的釋放26-28
• 2.3.2 拉坯速度的確定28-29
• 2.3.3 結(jié)晶器的長度及有限元模型計算長度29-30
• 2.4 浸入式水口的設(shè)計30-33
• 2.5 結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動方式的判定33-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第3章 矩型坯熱流密度計算及模擬參數(shù)的確定35-56
• 3.1 結(jié)晶器熱流密度計算35-43
• 3.1.1 熱流密度表達(dá)形式35-37
• 3.1.2 鑄坯相關(guān)參數(shù)的計算37-39
• 3.1.3 結(jié)晶器銅板參數(shù)確定39-41
• 3.1.4 熱流密度求解41-43
• 3.2 結(jié)晶器內(nèi)流場溫度場耦合模型的建立條件43-48
• 3.2.1 模型建立的基本架設(shè)43-44
• 3.2.2 數(shù)學(xué)模型的基本控制方程44-45
• 3.2.3 耦合邊界條件和初始化45-46
• 3.2.4 流固耦合模型兩相區(qū)傳熱處理46-47
• 3.2.5 兩相區(qū)多孔介質(zhì)的處理47-48
• 3.3 有限元模型建立及數(shù)據(jù)檢驗48-54
• 3.3.1 鑄坯流固耦合有限元模型48-49
• 3.3.2 水口側(cè)孔數(shù)據(jù)模擬對比49-54
• 3.4 本章小結(jié)54-56
• 第4章 結(jié)晶器內(nèi)流固耦合模擬過程及分析56-73
• 4.1 流場和凝固場耦合計算條件56-57
• 4.1.1 流固耦合計算方法56
• 4.1.2 流固耦合的計算模型56-57
• 4.1.3 凝固坯殼的處理方法57
• 4.2 流固耦合模型建立和模擬參數(shù)57-58
• 4.3 耦合模擬結(jié)果與分析58-72
• 4.3.1 純流場與流固耦合流場比較58-61
• 4.3.2 拉速 0.2m/min下的溫度場分析61-64
• 4.3.3 拉速為 0.2m/min下凝固分析64-67
• 4.3.4 結(jié)晶器凝固傳熱在不同拉速下的對比67-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 第5章 結(jié)晶器錐度計算73-86
• 5.1 鑄坯熱力耦合模型73-77
• 5.1.1 模型的簡化和假設(shè)73-74
• 5.1.2 三維耦合模型建立74
• 5.1.3 模型基本方程及物理參數(shù)74-77
• 5.2 模擬結(jié)果與分析77-81
• 5.2.1 拉速 0.2m/min下變形分析77-79
• 5.2.2 不同拉速下鑄坯收縮變形量比較79-81
• 5.3 結(jié)晶器錐度分析81-84
• 5.3.1 錐度設(shè)計原則81
• 5.3.2 結(jié)晶器錐度設(shè)計81-84
• 5.4 本章小結(jié)84-86
• 結(jié)論86-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果91-92
• 致謝92-93
• 附錄 鑄坯壁面熱流密度UDF程序93-94

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